X射线干涉光刻和谱学方法研制金属等离子太阳能电池

Application of plasmonic nanostructures in solar cells will lead to a new design with smaller semiconductor layer thickness while keeping the optical thickness constant thus lower material costs and increase efficiency.Synchrotron X-ray interference lithography (XIL) technique is used to fabricate plasmon-enhanced solar cells with metallic nanostructures on the surface, at the junction, or on the substract of the devices. Broadband spectroscopic techniques including synchrotron X-ray scattering and spectroscopic techniques and Fourier transform infrared and Raman spectroscopic techniques are applied to study the relationship between their macroscopic properties and underlying microscopic structures. Through these systematical studies, we would be able to uncover their physical mechanism and find a low-cost and high-efficient design.

金属等离子纳米结构的应用可以在保持太阳能电池光学厚度恒定的条件下，减少吸收层的物理厚度，从而降低生产成本并且提高光电效率。利用同步辐射X射线干涉光刻（XIL）技术将金属等离子结构布置在太阳能电池材料的表面、节点和衬底处，由此生成金属等离子太阳能电池。通过同步辐射X射线散射和谱学方法以及红外和可见光谱学手段，对这类太阳能电池进行宽频多谱学的研究，由此建立宏观性质与微光结构之间的关系。经过这一全面系统的研究，我们希望发现金属等离子太阳能电池的内在运作机理同时找到高效低廉的新设计方案。

金属等离体纳米材料因其具有独特的局域表面等离体特性被广泛应用于众多领域，包括表面增强拉曼检测和太阳能电池。应用金属等离子纳米结构可以在保持太阳能电池光学厚度恒定的条件下，减少吸收层的物理厚度，从而降低生产成本并且提高光电效率。利用同步辐射X射线干涉光刻(XIL) 和电子束刻蚀(EBL)技术，我们制备了一系列金纳米圆柱、方锥和三面体阵列，由此系统地研究了纳米阵列的形貌、尺寸和间距等参数对表面等离子体效应的影响。在钙钛矿太阳能电池中引入金属等离子体纳米阵列，利用等离子体相互作用可以显著提高钙钛矿薄膜在长波段的光吸收效率。利用单层有序高分子微球为模版，通过辅助旋涂法，我们首次制备了不同纳米尺度、钙钛矿种类和合成方法的反蛋白石结构的二维钙钛矿光子晶体薄膜，并成功制备出具有丰富色彩的高效太阳能电池器件。应用同步辐射原位X射线衍射和原位傅立叶转换红外光谱技术，首次揭示了钙钛矿薄膜成膜过程和不同溶剂气氛对钙钛矿薄膜的影响。通过调节钙钛矿前驱溶液的组分，实现了对钙钛矿太阳能电池器件性能的优化。